正交实验法优化桑葚饮料生产工艺

项智锋，周桃英，舒淑芬

正交实验法优化桑葚饮料生产工艺

项智锋1，周桃英1，舒淑芬2

（1.黄冈职业技术学院，湖北 黄冈 438002；2.黄冈市公共检验检测中心，湖北 黄冈 438000）

本实验研究运用纤维素酶水解桑葚原料浆液，通过酶解pH值、底物浓度、酶水解时间及纤维素酶添加量等因素，得到最优条件下生产桑葚饮料的配方，大大提高了纤维素酶酶解的作用效率。实验结果表明：当纤维素酶（纤维素酶活为10000U/g）添加量为100U/g、底物浓度2.5%、溶液pH值 5.0左右、温度控制在50℃、反应时间达1.5h条件下，此时桑葚汁浸提得率达最大值，为9.2%；实验研究还得到了该饮料的最适配方：当制得的桑葚汁物质浓度为70%(其中固体桑葚含量为0.34%)，加入0.1mol/L柠檬酸4%，蔗糖6%，羧甲基纤维素钠0.4%，冰糖雪梨香精0.02%，再进行热灌装和巴氏杀菌等一系列处理与调配可制得口感丰富、营养美味、酸甜可口的桑葚饮料。

正交实验；桑葚饮料；酶水解；口感品质

未来食品行业发展的方向，是以原料本身的营养价值和食疗功效来开发保健食品,这一点将会长期延续并保持下去[1]。桑葚饮料因为其提味、保健、安全性因素成为新型食品开发品种[2]。本实验研究旨在发掘桑葚饮料酶解配方，研制出最合适条件下的桑葚饮料生产工艺，为规模化生产实践提高理论依据。

1 材料与方法

1.1 原料、试剂与仪器

原料：优质干桑葚。

试剂：纤维素酶(酶活:10000U/g)、冰糖雪梨香精（黄冈中粮食品科技公司）、蔗糖、羧甲基纤维素钠、柠檬酸钠、柠檬酸、山梨酸钾等（食品级）、浓硫酸、氢氧化钠、蒽酮、葡萄糖、无水乙醇等。

仪器：恒温水浴锅、烧杯、试管、破碎机、滴管、筛子、滤纸、PH计、玻璃瓶、滤布。

1.2 方法

1.2.1桑葚饮料生产工艺流程

优质干桑葚→挑选(除杂)→粉碎机粉碎→纤维素酶酶水解→滤布过滤→配方调整→灌装→巴氏杀菌→低温冷却→成品[3]40。

挑选:选择无病虫害的优质干桑葚，去除有损坏的部分,洗去杂质晾干常温备用[4]3。

粉碎:粉碎程度要达到用手摸不出较大颗粒，然后全部过100目筛子,全部筛出后备用。

水解:取桑葚粉一定量置于烧杯中，在桑葚粉中加入适量清水,用PH计调节pH值,加入活化了的纤维素酶,于50℃水浴锅中反应一定时间,观察烧杯中桑葚粉的变化，此过程为纤维素酶水解。

过滤:将上述被水解好的桑葚汁260～280目过滤取上清,其余固形物则弃之，将上清液置于烧杯冷却，冰箱备用。

调配:将桑葚汁添入适量柠檬酸、冰糖雪梨香精、蔗糖和羧甲基纤维素钠混合调配，注意控制添加量，用天平和量筒称取和量取。

热灌装:将得到的桑葚饮料加热到60℃以上,快速罐装至已灭菌的玻璃瓶中,封好瓶口，此过程速度要快，避免桑葚汁被污染。

杀菌:采用巴氏杀菌法，在68℃下对所得饮料杀菌，然后等饮料自然冷却,封瓶后即可得到桑葚饮料成品。

1.2.2 桑葚水解得率的测定

得率：A=m*a/M*100%[5]16

式中：A为得率(%)；m为过滤后桑葚汁的重量（g）、桑葚汁固形物含量（g）、桑葚粉含量（g）。

1.2.3 直接感官评定标准调查与评分

在实验室中选定20名消费者(男女各一半)对产品的滋味，组织状态，香味和色泽分别进行打分（满分100），感官的判定标准可见表1。

表1 桑葚饮料感官评定表

1.2.4 纤维素酶水解桑葚最佳配方实验方法

(1)建立因素水平表

用酶反应pH、纤维素酶添加量、酶解时间以及底物浓度为本实验因素，采用L9（34）表正交试验设计方案最优化处理。其因子水平表见表2。

表2 桑葚饮料最佳配方正交试验因子水平表

(2)制取桑葚汁最佳工艺的优化

用正交设计试验方案，正交表为L9（34），研究纤维素酶水解桑葚粉时，溶液不同PH值、酶添加量、底物浓度以及酶解时间下的最优条件，所得实验结果及数据可见表3。

1.2.5桑葚饮料最佳配方试验

(1)建立桑葚饮料最佳配方因素水平表

用桑葚汁添加量，蔗糖添加量，柠檬酸添加量以及冰糖雪梨香精添加量为本实验因素，运用正交试验设计方案，正交表为L9(34),研究不同水平下，桑葚饮料中配料在不同配置比例的最佳方案如见表4。

(2)桑葚饮料最佳配方正交试验设计表

用正交试验设计方案，正交表为L9(34)（表3），研究不同因素水平下，桑葚饮料中配料在不同配置比例的最佳方案。

表3 纤维素酶水解桑葚所得桑葚饮料正交实验表

表4 桑葚饮料最佳配方试验因子水平表

1.2.6 羧甲基纤维素钠对本桑葚调味饮料口感品质的影响

(1)稳定剂羧甲基纤维素钠对本桑葚饮料口感质量品质的研究方法

为了保证桑葚饮料产品的质地较均匀、稳定性良好,在不同浓度稳定剂（羧甲基纤维素钠）添加量条件下(添加量分别为0.1%～0.7%，7个梯度)，研究其对对最终产品质量品质的影响。

(2)稳定剂对该桑葚饮料口感质量品质影响感观评定图

用稳定剂添加量为横坐标，口感质量品质感官评定分为纵坐标，绘制感官评定图，见图1。

1.2.7 产品指标检验

感官指标

表面色泽：淡紫色均匀一致。

香味：桑葚饮料独特清香味,具有冰糖雪梨香精香味，无异味。

组织形态：清澈透明无分层无凌块沉淀。

杂质：无。

2 结果分析与讨论

2.1 纤维素酶制取桑葚汁最佳工艺优化结果与讨论

通过表3可以知道,这些因素对桑葚饮料质量品质的影响程度顺序为A>D>C>B，综合这些因素的K值可以得到最优方案为A3D2C3B1，也就是说，纤维素酶水解桑葚的最佳工艺条件是：当pH(5.0)、纤维素酶(1%)、酶解时间(1.5h)、底物浓度(2.5%)组合时可获得最佳桑葚汁液。

本实验研究运用纤维素酶水解桑葚，最大限度地保留了桑葚中的营养成分，为实际生产提供了实验依据。因为桑葚中含有大量糖类、胶质和纤维素类物质，打浆后会有浆液稠浓现象导致不好过滤，如果此时直接加添加剂进行调配容易产生混浊或分层问题，制成的饮料稳定性差，极为影响口感。

2.2 桑葚饮料最佳配方实验结果与讨论

表5 桑葚饮料的配方因素正交试验设计表

通过表5可知，桑葚汁的添加量太高或太低都对本饮料口味有较大的影响。当桑葚汁添加量达到80.6%时，该饮料感观评定分数最高达到了87.0分。而当香精添加量为0.04%时的感观评定分最高，高达83.6分。

综合上表可以得出结论，以上各因素（桑葚汁添加量，柠檬酸溶液添加量，蔗糖添加量，冰糖雪梨香精添加量）对桑葚饮料质量品质的影响程度顺序依次为A>C>B>D，最佳方案是A1C2B1D1，即:桑葚汁添加量(70%)、柠檬酸溶液添加量(4%)、添加蔗糖量(6%)、冰糖雪梨香精溶液(0.02%)组合为最优方案，感官评定分数最高达到87.0分。

2.3 羧甲基纤维素钠对本桑葚调味饮料口感质量品质的影响结果与讨论

图1 羧甲基纤维素钠对本桑葚调味饮料口感质量品质的影响

由图1可知，羧甲基纤维素钠的添加量0.4%时感观评定最高分，趋势为先抑后扬。形成此局面的原因可能是，起初桑葚饮料性质还不够稳定，量过高时又过于浓稠，因而影响口感品质。

本实验研究了不同柠檬酸、蔗糖和冰糖雪梨香精含量的适宜调配。其中柠檬酸缓慢逐渐增加，得出感官评定分数变化为先升后来慢慢降低；柠檬酸三个浓度梯度中，添加量为5%体积数时评分为87.0分效果最佳；原因在于柠檬酸添加量过少，较强的甜味不能掩饰，影响爽口感[3]41；而当柠檬酸的添加量太大时，桑葚饮料会出现明显的发酸现象,也会极大影响口感[4]4。而冰糖雪梨香精添加量少时，果香味不够，量多则饮料的回味过于浓郁，均影响饮料口感[5]20。

3 结论

本实验研究结果表明：当纤维素酶（纤维素酶活为10000U/g）添加量为100U/g，底物浓度为2.5%，溶液pH值 5.0左右，温度控制在50℃条件下，静置反应1.5h，此时桑葚汁的浸提得率达到最大值，为9.2%。

本实验研究还得到了该饮料的最合适配方：当制得的桑葚汁物质浓度为70%(其中固体桑葚含量为0.34%)、并加入0.1mol/L柠檬酸4%、蔗糖6%、羧甲基纤维素钠0.4%、冰糖雪梨香精0.02%，再进行热灌装和巴氏杀菌等一系列处理和调配后，可以制得口感、营养和味道俱佳的调味桑葚饮料。

酶解法很适用于该类物质的水解，纤维素酶水解桑葚可以较大程度上保留桑葚中营养物质，且在各种辅料调配下获得口感优良的桑葚饮料。该饮料保健功能强，制作成本较低和价格实惠。此类直接提取天然原料生产饮料的方法将来会是饮料行业的主流。

[1]吴宪瑞.桑葚的质量标准及营养成分[J].中国林副特产,1996(1):4-10.

[2]杨桂馥,罗瑜.现代饮料生产技术[M].天津:天津科学技术出版社,1997:37-45.

[3]张孔海.食品加工技术概论[M].北京:中国轻工业出版社,2007:40-41.

[4]蒋佃水.调味园里的奇范-功能性营养调味食品[J].中国调味品,2001(7):3-4.

[5]杨铭铎,龙志芳.我国复合调味品研发状况的回顾及展望[J].中国调味品,2006(1):16-20.

Optimization of Production Technology of Mulberry Beverage by Orthogonal Experiment

Xiang Zhifeng, Zhou Taoying, Shu Shufen

(Huanggang Polytechnic College, Huanggang 438002 Hubei)

In this experiment, cellulase was used to hydrolyze mulberry raw material slurry. Through the factors such as pH value, substrate concentration, hydrolysis time and cellulase addition, the formula for producing mulberry beverage under the optimal conditions was obtained, which greatly improved the efficiency of cellulase hydrolysis. The results showed that when the amount of cellulase (the cellulase activity was 10000u/g) was 100u/g, the substrate concentration was 2.5%, the pH value of the solution was about 5.0, the temperature was controlled at 50 ℃ and the reaction time was 1.5h, the extraction rate of mulberry juice reached the maximum, which was 9.2%; The optimum formula of the drink was also obtained: when the material concentration of the mulberry juice was 70% (including solid mulberry content of 0.34%), 0.1mol/l citric acid 4%, sucrose 6%, sodium carboxymethyl cellulose 0.4%, crystal sugar Sydney essence 0.02%, and then hot filling and pasteurization were carried out to prepare a rich, nutritious, delicious, sour and sweet mulberry drink.

Orthogonal experiment; Mulberry beverage; Enzymatic hydrolysis; Taste quality

TQ920.9

A

1672-1047（2022）03-0092-04

10.3969/j.issn.1672-1047.2022.03.24

2022-05-16

黄冈职业技术学院课题“黄冈桑椹NFC果汁超高压加工工艺研究”（2020C2011101）。

项智锋，男，湖北武穴人，博士，副教授。研究方向：食品营养与加工。

[责任编辑：秦春娥]